CN113906545A - 通过显微镜检查进行倾斜表征的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开的方面提供了一种倾斜表征的方法。该方法包括基于结构的第一布置测量结构的第一倾斜移位。结构在垂直方向上形成在产品的水平平面上。基于结构的第二布置测量结构的第二倾斜移位。第二布置是第一布置的水平翻转。基于第一倾斜移位和第二倾斜移位确定经校正的倾斜移位。
Description
技术领域
本公开涉及显微镜检查，并且更具体地，涉及校正显微镜检查中的失真。
背景技术
显微镜检查是使用显微镜来观察不能被人的肉眼看到的物体或物体的区域。显微镜检查广泛地用于各种应用中，例如微电子检查、体外诊断、细胞分选和计数(细胞计数)、3D成像或小尺寸和高精度重要的其他技术领域。光学显微镜和电子显微镜是最常用的显微镜之一。光学显微镜使用可见光和透明透镜来观察物体，例如人的毛发、血液细胞等。电子显微镜(例如，透射电子显微镜(TEM))使用电子束和电子透镜来聚焦电子，并且可以提供原子分辨率。TEM对于微电子检查特别重要。微电子技术(例如，三维(3D)NAND闪存存储器技术)通常需要制造小至几纳米或甚至更小的微观结构。
发明内容
本公开的方面提供了通过显微镜进行倾斜表征的方法。
根据一些方面，提供了一种倾斜表征的方法。该方法包括基于结构的第一布置测量结构的第一倾斜移位。结构在垂直方向上形成在产品的水平平面上。基于结构的第二布置测量结构的第二倾斜移位。第二布置是第一布置的水平翻转。基于第一倾斜移位和第二倾斜移位确定第一经校正的倾斜移位。
在一些实施例中，测量结构的第一倾斜移位包括捕获产品的第一截面的第一图像。第一截面包括第一布置的结构。执行对第一图像的图像分析，以测量结构的第一倾斜移位。
在一些实施例中，测量结构的第二倾斜移位包括翻转第一截面以获得翻转的第一截面，翻转的第一截面包括第二布置的结构。捕获翻转的第一截面的第二图像。执行对第二图像的图像分析，以测量结构的第二倾斜移位。
在一些实施例中，测量结构的第二倾斜移位包括捕获产品的第二截面的第二图像。第二截面包括第二布置的结构。执行对第二图像的图像分析，以测量结构的第二倾斜移位。
在一些实施例中，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位的标量运算来确定第一经校正的倾斜移位或第一失真引发的移位中的至少一者。
在一些实施例中，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位的矢量运算来确定第一经校正的倾斜移位或第一失真引发的移位中的至少一者。
在一些实施例中，使用公式
确定第一经校正的倾斜移位。
是第一经校正的倾斜移位。
是第一倾斜移位，并且
是第二倾斜移位。
在一些实施例中，使用公式
确定第一失真引发的移位。
是第一失真引发的移位。
是第一倾斜移位，并且
是第二倾斜移位。
在一些实施例中，基于结构的第三布置测量结构的第三倾斜移位。第三布置基本上垂直于第一布置。基于结构的第四布置测量结构的第四倾斜移位。第四布置是第三布置的水平翻转。基于第三倾斜移位和第四倾斜移位确定第二经校正的倾斜移位。
在一些实施例中，基于第三倾斜移位和第四倾斜移位的矢量运算来确定第二经校正的倾斜移位或第二失真引发的移位中的至少一者。
在一些实施例中，基于第一经校正的倾斜移位和第二经校正的倾斜移位的矢量运算来确定结构在水平平面中的倾斜引发的移位。
在一些实施例中，使用公式
确定结构在水平平面中的倾斜引发的移位。
是结构在水平平面中的倾斜引发的移位。
是第一经校正的倾斜移位，并且
是第二经校正的倾斜移位。
在一些实施例中，使用第一公式
确定第二经校正的倾斜移位，并且使用第二公式
确定第二失真引发的移位。
是第二经校正的倾斜移位。
是第二失真引发的移位。
是第三倾斜移位，并且
是第四倾斜移位。
在一些实施例中，基于第一经校正的倾斜移位和第二经校正的倾斜移位的标量运算来确定结构在水平平面中的倾斜引发的移位。
在一些实施例中，产品包括垂直NAND存储器器件。
在一些实施例中，结构包括垂直NAND存储器器件的字线触点、沟道、虚设沟道或者栅极线缝隙中的至少一者。
在一些实施例中，通过显微镜测量结构的第一倾斜移位和结构的第二倾斜移位。
在一些实施例中，显微镜包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线显微镜、光学显微镜或者荧光显微镜中的至少一者。
在一些实施例中，显微镜包括TEM。通过超薄切片法、冷冻超薄切片法、聚焦离子束、离子蚀刻、三脚架抛光或者电化学处理来获得第一截面。
在一些实施例中，第一截面具有小于200nm的厚度。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下具体实施方式中可以最好地理解本公开的方面。注意，根据工业中的标准实践，各种特征没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各种特征的尺寸可以增加或减小。
图1示出了没有椭圆失真的透射电子显微镜(TEM)成像的示意图。
图2示出了具有椭圆失真的TEM成像的示意图。
图3A示出了直角。
图3B、图3C和图3D示出了在图3A中的直角取向不同时该直角的椭圆失真。
图4A示出了半导体器件的顶视图。
图4B示出了沿图4A中的截取线AA’截取的垂直截面图。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G和图5H示出了根据本公开的实施例的分析椭圆失真与结构倾斜的耦合及解耦的示意图。
图6A示出了根据本公开的实施例的存在椭圆失真时半导体器件的截面图。
图6B示出了根据本公开的实施例的分析图6A中的椭圆失真和结构倾斜的示意图。
图6C示出了根据本公开的实施例的存在椭圆失真时的图6A中的半导体器件的翻转截面图。
图6D示出了根据本公开的实施例的分析图6C中的椭圆失真和结构倾斜的示意图。
图6E示出了根据本公开的实施例的在椭圆失真已经被校正时的图6A和图6C中的半导体器件的经校正的截面图。
图6F示出了根据本公开的实施例的图6E中的经校正的结构倾斜的示意图。
图7示出了根据本公开的实施例的针对不同样品的倾斜和失真测量结果。
图8示出了根据本公开的实施例的不同表征技术之间的倾斜测量结果比较。
图9示出了根据本公开的实施例的用于倾斜表征的示例性过程的流程图。
具体实施方式
以下公开提供了用于实施所提供的主题的不同特征的很多不同实施例或示例。下文描述了部件和布置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅是示例，并且并非旨在限制。例如，在以下描述中，第一特征形成在第二特征之上或上可以包括其中第一特征和第二特征可以直接接触的实施例，并且还可以包括其中附加特征可以形成在第一特征与第二特征之间使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本公开可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，并且其本身并不表示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，空间相对术语，例如“在…下面”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等在本文中为了便于描述可以用于描述一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的如图中所示的关系。空间相对术语旨在涵盖除了图中描绘的取向之外的在器件使用或操作中的不同取向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他取向下)，并且本文所使用的空间相对描述词也可以被相应地进行解释。
为了信任显微镜检查数据，需要确保准确的数据测量。显微镜应当被良好地对准，并且像差应当被理解和校正。失真是一种使被成像物体失真的像差。在存在失真的情况下，来自物体的每个点的射线在图像平面中的对应点处重新结合，但是放大率在整个图像平面上变化。例如，椭圆失真是透射电子显微镜(TEM)中的常见失真。在发生椭圆失真时，放大率在不同径向上不同，这可以被称为“TEM具有椭圆失真”或者“TEM图像具有椭圆失真”。
椭圆失真可能由于几种原因而发生。一个常见的原因是像散。也就是说，当TEM的透镜系统的对称性被破坏时，电子可以在不同的径向方向上被聚焦到不同的程度。也可能由于有问题的相机(或检测器)而发生椭圆失真。例如，即使当透镜系统被理想地对准时，检测器的错位或非均匀像素间距也可能导致椭圆失真。
椭圆失真通常通过在像散的情况下检查样本的衍射图案来检测。在不存在椭圆失真的情况下，衍射图案是圆形的。在存在椭圆失真的情况下，衍射图案是具有彼此垂直的长轴和短轴的椭圆。放大率沿这两个轴是不同的，并且通常沿这两个轴分析椭圆失真。类似地，对于有问题的相机，圆形物体的图像将呈现椭圆形。
图1示出了没有椭圆失真的透射电子显微镜(transmission electronmicroscope，TEM)成像的示意图，并且图2示出了具有椭圆失真的TEM成像的示意图。在一个示例中，图2示出了当像散发生时样本的衍射图案。在另一示例中，图2示出了有问题相机上的图像。
在图1中，线AC和线BD表示圆110的两个垂直轴。点O是线AC与线BD的交点，并且也是圆110的中心。线AC和线BD是等长的，这意味着没有失真。因此，线AD和线AB是彼此垂直的。具有正方形ABCD的形状的物体可以具有未失真TEM图像，该未失真TEM图像具有正方形ABCD的形状，因为不存在失真。
在图2中，线A’C’和线B’D’可以分别表示椭圆220的长轴和短轴。线A’C’和线B’D’彼此垂直并且在点O’处相交。在非限制性示例中，线A’C’未失真，而线B’D’具有1％的失真(例如，1％的长度缩短)，从而导致了椭圆失真。结果，线A’D’和线A’B’不再彼此垂直。这里，线A’B’在x方向上延伸，并且线A’E’在z方向上延伸。
因此，∠D’A’E’＝90°-∠D’A’O’-∠B’A’O’＝0.576°。线A’D’相对于垂直于线A’B’的线A’E’倾斜。
在一个示例中，具有正方形ABCD的形状的物体被放置为使得线AB沿x方向延伸并且线AD沿z方向延伸。因此，该物体可能由于椭圆失真而具有第一失真TEM图像，该第一失真TEM图像具有菱形A’B’C’D’的形状。这里，点A’、B’、C’和D’分别对应于点A、B、C和D。
可以表示由失真导致的线A’D’的倾斜移位(因此又被称为失真引发的移位)。也就是说，
表示线A’D’沿线A’B’的正交投影。
是该正交投影的长度或者
的标量值。假设A’C’＝AC并且B’D’＝0.99BD，因此，A’D’≈AD。更重要地，
因此，线AD的失真引发的移位在+x方向大约为1％。
在另一示例中，具有正方形ABCD的形状的物体被放置为使得线AB沿线A’C’的第一方向延伸，并且线AD沿线B’D’的第二方向延伸(未示出)。因为线A’C’未失真，并且线B’D’具有1％的长度缩短，所以该物体可以具有第二失真TEM图像，该第二失真TEM图像具有矩形形状。该矩形具有对应于线AB和线DC并且沿第一方向延伸的两条未失真的边。该矩形还具有对应于线AD和线BC并且沿第二方向延伸的两条失真的边。这两条失真的边均具有1％的长度缩短。注意，第二失真TEM图像没有失真引发的移位，因为该矩形的相邻边彼此垂直。此外，根据物体相对于椭圆220的长轴(例如，线A’C’)和短轴(例如，线B’D’)如何放置，具有正方形ABCD的形状的物体可以具有各种失真TEM图像。在图3A-图3D中将更详细地解释物体的放置取向的影响。
仍然参考图2，该TEM可以具有任何类型的椭圆失真。在一个示例中，线A’C’未失真，而线B’D’具有2％的失真(例如，2％的长度缩短或者2％的伸长)。在另一示例中，线A’C’和线B’D’独立失真。另外，其他显微镜(例如，扫描电子显微镜(SEM))也可能具有类似的图像失真，其中，图像在不同的轴向方向上被放大到不同程度。尽管对于特定显微镜检查技术类似的图像失真可以被称为或者可以不被称为椭圆失真，但是本文的分析和本公开中所公开的技术仍然是适用的。出于说明目的，本文使用TEM作为示例。
本文使用图3A-图3D来示出椭圆失真可以如何使角度失真。例如，直角可能失真为锐角，直角或钝角。图3A示出了由矢量
和
定义的直角∠klm。图3B、图3C和图3D示出了在直角∠klm相对于椭圆220被不同地定向时直角∠klm的椭圆失真。
在图3B中，∠klm被放置为使得
在+x方向上延伸，并且
在+z方向上延伸。因此，∠klm可以具有第一失真TEM图像∠KLM，其中，K、L和M分别对应于k、l和m。LK倾斜，并且具有沿+x方向的失真引发的移位，这与图2中的线A’D’类似。因此，∠KLM在图3B的示例中是锐角。在一些示例中，∠KLM的角度可以由沿线A’C’的第一方向的第一失真值与沿线D’B’的第二方向的第二失真值的组合来表示。
在图3C中，∠klm被放置为使得
在线A’C’的第一方向上延伸并且
在线D’B’的第二方向上延伸。结果，∠klm可以具有第二失真TEM图像∠K’L’M’，其中，K’、L’和M’分别对应于k、l和m。这里，∠K’L’M’仍然是直角。注意，尽管第二失真TEM图像没有角度变化，但是具有∠klm的角度的物体可以具有对应于沿椭圆220的长轴和短轴的失真值的尺寸缩小或放大。另外，尽管未示出，但是在∠klm被放置为使得
在线A’C’的第一方向上延伸并且
在线D’B’的第二方向上延伸时，∠klm可以具有呈现直角的另一失真TEM图像。
在图3D中，∠klm被放置为使得
在-z方向上延伸，并且
在+x方向上延伸。结果，∠klm可以具有第三失真TEM图像∠K”L”M”，其中，K”、L”和M”分别对应于k、l和m。L”M”倾斜，并且∠K”L”M”在图3D的示例中是钝角。在一些示例中，∠K”L”M”的角度可以由沿线A’C’的第一方向的第一失真值与沿线D’B’的第二方向的第二失真值来表示。
除了图3B、图3C和图3D的示例之外，根据直角∠klm如何相对于椭圆220被放置和定向，直角∠klm可以具有其他失真TEM图像。因此，在椭圆失真的情况下，通过TEM测量的角度可以大于、等于或小于实际角度。在一些示例中，通过TEM测量的角度可以是垂直NAND存储器器件中的衬底的接触结构与工作表面之间的角度。这是相关示例中的不稳定测量结果和意外大的倾斜结果的根本原因。如果椭圆失真未被校正，则这种不可预测性和不稳定性将使得TEM测量不可靠。
特别地，对于微电子应用(例如，前文提及的垂直NAND闪存存储器技术)，TEM中的椭圆失真可能导致测量误差。在诸如垂直NAND存储器器件等的一些半导体器件中，由椭圆失真导致的测量误差可能大于所关注的尺寸。因此，可能需要校正TEM中的椭圆失真，以确保数据准确性。注意，垂直NAND存储器器件被用作示例以示出椭圆失真的校正技术，并且可以在其他半导体器件的制造期间使用椭圆失真的这种校正技术。
在一些示例中，垂直NAND存储器器件包括垂直结构，例如沟道结构、虚设沟道结构和接触结构等。垂直结构的倾斜可能导致垂直NAND存储器器件中的操作故障。出于说明的目的，在下文的描述中使用接触结构作为示例。
图4A示出了半导体器件400的顶视图。图4B示出了沿图4A中的截取线AA’截取的半导体器件400的垂直截面图。图4A和图4B两者都是通过TEM表征获得的。在图4A和图4B的示例中，半导体器件400包括垂直NAND存储器器件。具体地，半导体器件400可以包括交替的绝缘层和栅极层的堆叠层。该堆叠层包括核心区和阶梯区。核心区可以包括多个沟道结构，而阶梯区可以包括多个台阶和接触结构。阶梯区可以被绝缘层覆盖。
如图所示，半导体器件400可以包括包括多个台阶430(例如，通过430(a)、430(b)和430(c)所示)的阶梯区。接触结构410形成在台阶430上，以与垂直串联连接的晶体管的栅极连接。例如，接触结构410(a)形成在台阶430(a)上，并且与栅极层441(a)导电连接；接触结构410(b)形成在台阶430(b)上，并且与栅极层441(b)导电连接；并且接触结构410(c)形成在台阶430(c)上，并且与栅极层441(c)导电连接。一般地，诸如栅极层441(a)、441(b)和441(c)等的栅极层441与栅极层441之间的绝缘层442堆叠，因此栅极层441可以被单独地控制。
半导体器件400还包括多个虚设沟道420。当在器件制造期间去除牺牲层(未示出)以形成栅极层441时，多个虚设沟道420可以向半导体器件400提供物理和机械支撑。换句话说，多个虚设沟道420可以防止半导体器件400塌陷。
参考图4A，接触结构410和虚设沟道420彼此间隔开，并且通过绝缘材料451(例如，氧化硅)分离。然而，对于垂直NAND存储器器件，随着垂直串联连接的晶体管的数量的持续增加，垂直结构在z方向上变得越来越长。这样的垂直结构可以包括接触结构410、虚设沟道420、沟道(未示出)、栅极线缝隙(未示出)等。垂直结构的倾斜可能导致该垂直结构与应该与该垂直结构分离的另一结构合并，并且导致故障。
例如，在图4B中，接触结构410(a)朝向虚设沟道420倾斜并且与虚设沟道420合并。具体地，在用于形成接触结构410(a)的蚀刻操作期间，倾斜可能导致蚀刻穿透到栅极层441(a)下的层。结果，接触结构410(a)形成延伸穿过栅极层441(a)下的层(例如，一些其他栅极层441和绝缘层442)的尾部411(a)。尾部411(a)可能导致栅极层短路以及层级到层级的泄漏。注意，在图4B的示例中，绝缘材料451和虚设沟道420两者均包括氧化硅。尽管虚设沟道420被示出为虚线矩形，但是应当理解，虚设沟道420形成在由虚线矩形表示的区域周围，并且可以不具有严格的矩形形状。
这样的垂直结构的倾斜会显著降低器件的成品率，并且可能需要被严密监测。在一些示例中，当垂直结构(例如，接触结构410)在z方向上超过10μm长时，将不能通过某种线内(in-line)表征来完成垂直结构的倾斜表征。相反，在一些示例中，可以通过由TEM对包括垂直结构的产品的截面进行成像来实现倾斜表征。
如图1、图2和图3A-图3D中所讨论的，椭圆失真可以通过使结构倾斜和/或改变结构的尺寸来使TEM图像失真。即使在TEM已经被重复调节时，TEM也可能由于各种原因而在轴向方向上具有1％的失真。该1％的失真可能导致0.576°的倾斜，如图2中所示。该0.576°的倾斜进而可能导致1％的失真引发的移位(例如，图2中的
)。对于大约10μm长的接触结构(例如，410)，沿硅衬底的失真引发的移位可能大到10μm×1％＝100nm。注意，通过TEM表征测量的倾斜移位由接触结构的失真引发的移位和实际倾斜移位两者产生。然而，接触结构的实际倾斜移位通常小于100nm，这小于失真引发的移位。因此，可能需要将失真引发的移位解耦，以获得实际的倾斜移位(又被称为经校正的倾斜移位)。
根据一些方面，本公开提供了一种通过显微镜进行倾斜表征的方法。具体地，基于结构的第一布置，通过显微镜测量在产品的水平平面上沿垂直方向形成的结构的第一倾斜移位。基于结构的第二布置，通过显微镜测量结构的第二倾斜移位。第二布置是第一布置的水平翻转，这意味着可以通过使第一布置绕垂直轴(例如，z轴)旋转180°而获得第二布置。接下来，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位确定经校正的倾斜移位。
本文所使用的“产品”一般地是指任何制造的产品或处理的样品。产品可以是中间产物或最终产物。产品可以包括半导体器件、医疗器件和纳米材料等。可以使用本文的技术来表征产品的结构。在一些示例中，结构可以包括沟道结构、虚设沟道结构和接触结构等。出于说明的目的，在下文的描述中使用接触结构作为示例。
本文的技术将失真引发的移位与通过TEM测量的倾斜移位解耦，以获得实际的倾斜移位(又被称为经校正的倾斜移位)。该解耦可以通过简单的标量或矢量计算(例如，加法和减法)来完成。即使在失真引发的移位大于实际倾斜移位时，该解耦也是可靠的，并且经校正的倾斜移位是准确的。此外，本公开提供了表征由椭圆失真导致的失真引发的移位的技术。因此，可以针对多个样品随时间监测失真引发的移位或者椭圆失真，以评估显微镜的状态。
本文的技术使得能够在存在椭圆失真的情况下实现准确的数据测量。TEM(尤其是旧式TEM)可能具有持续的椭圆失真，修复持续的椭圆失真在经济上是不可行的。例如，替换有缺陷的相机或透镜系统可能过于昂贵。本文的技术解决了这一问题，即使这种持续的椭圆失真会出现在每次测量中。
在一些实施例中，确定沿水平平面中的两个垂直方向的两个经校正的倾斜移位。然后，基于两个经校正的倾斜移位的组合获得结构在水平平面中的倾斜引发的移位。结构在水平平面中的倾斜引发的移位表示结构在水平平面上的正交投影。
在一些实施例中，结构可以包括垂直NAND存储器器件的字线触点(例如，图4B中的接触结构410)或虚设沟道(例如，图4B中的虚设沟道420)或者半导体器件中的其他垂直结构。本公开提供了一种用于通过具有椭圆失真的TEM来表征字线触点的倾斜的方法。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G和图5H示出了根据本公开的实施例的分析椭圆失真与结构倾斜的耦合以及解耦的示意图。特别地，图5A基于结构的第一布置，并且图5B基于结构的第二布置。第二布置是第一布置的水平翻转。因此，图5A被视为未翻转图像，而图5B被视为图5A的翻转图像。类似地，图5D、图5F和图5H分别被视为图5C、图5E和图5G的翻转图像。注意，坐标轴x、y和z描述物体在显微镜中的相对取向，并且与显微镜相关联。因此，在显微镜不变时，坐标轴x、y和z在翻转图像图5B、图5D、图5F和图5H中不变。例如，坐标轴x、y和z可以是TEM中的图像平面的坐标轴。使物体翻转可以得到翻转图像，但是TEM中的图像平面的坐标轴将保持不变。
在本文中，失真引发的移位被标注为
并且实际倾斜移位(又被称为经校正的倾斜移位)被标注为
由TEM基于未翻转图像和翻转图像测量的倾斜移位分别被标注为
和
其将被示为
以及
在图5A和图5B的示例中，
并且
没有椭圆失真或结构的实际倾斜。结果，
并且
换句话说，
并且
因此，
并且
在图5C和图5D的示例中，
并且
没有椭圆失真，但是结构倾斜。结果，
并且
这意味着由TEM测量的倾斜移位是不受任何椭圆失真影响的实际倾斜移位。在这种情况下，
并且
因此，
并且
在图5E和图5F的示例中，
并且
结构没有倾斜，但是存在椭圆失真。结果，
并且
这意味着由TEM测量的倾斜移位纯粹是失真引发的移位。类似地，在这种情况下，
并且
因此，
并且
在图5G和图5H的示例中，
并且
存在椭圆失真，并且结构倾斜。结果，
并且
此外，
并且
参考图5A-图5H，
以及
在各种情况下成立。
根据本公开的方面，还可以使用标量运算而非上文的矢量运算来确定经校正的倾斜。在
和
在同一方向上的情况下，
并且
的方向由
和
的相对值决定。特别地，在图5A-图5H的示例中，
和
两者均在+x方向上延伸。在
时，
在+x方向上延伸。在
时，
在-x方向上延伸。在
时，
注意，在
和
在相反方向上的情况下，
并且
此外，本文使用
和
的所有矢量分析均可以用使用
和
的标量分析替换。主要差异在于，需要对失真引发的倾斜和实际倾斜的方向进行单独分析。
而在图5A-图5H的示例中，
和
两者均在+x方向上延伸，在其他示例中，
或
中的至少一者可以在-x方向上延伸。然而，可以应用类似的矢量或标量分析，并且
以及
仍然成立。此外，由
和
平行于x方向的假设引发的误差可忽略不计。在示例中，字线触点(例如，接触结构410)具有13000nm的长度，并且在测量倾斜移位时由该假设引发的误差小于3nm。
图6A-图6F示出了根据本公开的实施例的通过TEM对结构(例如，字线触点)进行倾斜表征的示例。在一个实施例中，图6A示出了在存在椭圆失真时半导体器件600的未翻转截面图。半导体器件600可以包括具有核心区(未示出)和阶梯区660的垂直NAND存储器电路，阶梯区660具有多个台阶630。
如图所示，半导体器件600包括交替的栅极层641和绝缘层642的堆叠层640。每个台阶630包括一对或多对交替的栅极层641和绝缘层642。半导体器件600还包括在阶梯区660中的多个接触结构610。每个接触结构610连接到相应台阶630的相应栅极层641。
注意，半导体器件600的实施例与图4A和图4B中的半导体器件400的实施例类似。例如，图6A中的栅极层641对应于图4A-图4B中的栅极层441。图6A中的绝缘层642对应于图4A-图4B中的绝缘层442。图6A中的台阶630对应于图4A-图4B中的台阶430。图6A中的接触结构610对应于图4A-图4B中的接触结构410。图6A中的绝缘材料651对应于图4A-图4B中的绝缘材料451。上文已经提供了描述，并且出于简洁目的这里将省略这些描述。半导体器件600还可以包括对应于虚设沟道420的虚设沟道(未示出)。
如图所示，接触结构610不严格地在z方向上延伸。换句话说，接触结构610倾斜。在一个示例中，在图6A中测量的第一倾斜移位
包括在+x方向上的
第一倾斜移位
表示接触结构610沿x方向的正交投影。
可以通过测量一个特定接触结构610的倾斜移位而获得，或者
可以是多个接触结构610的平均值或加权平均值。第一倾斜移位
可以以各种方式测量。例如，可以使用图像分析软件或图像分析算法获得
替代地，TEM用户可以打印出图6A，人工绘制出正交投影，并且使用尺子或者任何其他长度测量工具测量该正交投影。
图6C示出了根据本公开的实施例的图6A中的半导体器件600的翻转截面图。也就是说，图6A中的接触结构610具有第一布置，并且图6C中的接触结构610具有作为第一布置的水平翻转的第二布置。在非限制性示例中，坐标轴x、y和z可以是TEM中的图像平面的坐标轴。因此，坐标轴x、y和z在图6C中保持不翻转。在没有椭圆失真的情况下，在一些示例中，图6C可以是图6A的镜像图像。结果，对于图6C，通过TEM测量的倾斜移位将包括在-x方向上的108nm。然而，在具有椭圆失真的情况下，在图6C中测量的第二倾斜移位
不等于
在一个示例中，
包括在+x方向上的
如图5A-图5H中所示，TEM图像中的接触结构610的倾斜可能由椭圆失真和结构倾斜两者引起。非常重要地，
并且
其中，
和
分别表示沿x方向的失真引发的移位和沿x方向的经校正的移位。这里，
包括在+x方向上的
并且
包括在+x方向上的
因此，
包括在+x方向上的
并且
包括在+x方向上的
图6B和图6D分别示出了根据本公开的实施例的分析图6A和图6C中的椭圆失真和结构倾斜的示意图。
图6E示出了根据本公开的实施例的在椭圆失真已经被校正时的图6A和图6B中的半导体器件600的经校正的截面图。图6F示出了根据本公开的实施例的图6E中的经校正的结构倾斜的示意图。
在图6A-图6F的示例中，示出了通过TEM对结构(例如，字线触点)进行倾斜表征。应当理解，还可以通过本文的技术来表征垂直NAND存储器电路的其他结构，例如，虚设沟道(例如，420)、沟道、栅极线缝隙等。另外，结构可以包括半导体器件的其他结构、医疗器件的结构以及纳米材料的结构等。
水平平面本质上是二维的。倾斜通常可以发生在水平平面的两个垂直方向上。在图6A-图6F的示例中，考虑并且表征了沿x方向的倾斜。可以类似地表征沿y方向的倾斜。
在一些实施例中，首先，可以基于接触结构610的第三布置通过TEM来测量接触结构610的第三倾斜移位
第三布置基本上垂直于第一布置。在一个示例中，第一布置(图6A)对应于xz平面中的截面，并且第三布置对应于yz平面中的截面。其次，可以基于结构的第四布置通过显微镜来测量结构的第四倾斜移位
第四布置是第三布置的水平翻转。再次，基于第三倾斜移位
和第四倾斜移位
确定沿y方向的经校正的倾斜移位。类似地，
并且
其中，
和
分别对应于沿y方向的失真引发的移位和沿y方向的经校正的倾斜移位。此外，可以可选地计算结构在水平平面中的倾斜引发的移位，该倾斜引发的移位被标注为
其中，
可以使用
和
确定
以及结构在水平平面中的倾斜引发的移位的方向。
图7示出了根据本公开的实施例的针对不同样品(例如，710、720、730和740)的倾斜和失真测量结果。从左到右，“第一倾斜移位”、“第二倾斜移位”、“失真引发的移位”和“经校正的倾斜移位”分别对应于图5A-图5H中的
和
注意，条形图不能以坐标轴示出三维空间中的方向。在本文中，正值对应于在+x方向上的移位，并且负值对应于在-x方向上的移位。
对于样品710，
和
在+x方向上，其中，
并且
通过应用
在+x方向上。通过应用
nm在-x方向上，
被示为-50nm。类似地，对于样品720，
和
在+x方向上，其中，
并且
因此，
在+x方向上，并且
在-x方向上，
被示为-6nm。
仍然参考图7，样品710、720、730和740的失真引发的移位分别为58nm、51nm、54nm和49nm。对应的变化小于10nm，这比失真引发的移位小一个数量级。这样的小变化表示倾斜移位测量的高准确性。此外，具有1％的椭圆失真的TEM的经校正的倾斜移位可以与具有0.1％的椭圆失真而没有校正的TEM一样准确。
图8示出了根据本公开的实施例的不同表征技术之间的倾斜测量结果的比较。通过扫描电子显微镜(SEM)的线内测量被标注为“HV-SEM”。从左到右，三个值分别对应于
和
具体地，
在-x方上。
在+y方向上。
还应用了本文的技术，而且将其标注为“TEM-测试1”和“TEM-测试2”。在TEM-测试1中，
在-x方向上。
在+y方向上。
在TEM-测试2中，
在-x方向上。
在+y方向上。
通过HV-SEM、TEM-测试1和TEM-测试2针对同一产品获得三组数据。如在图8中可以看到的，通过TEM获得的两组数据彼此一致，并且通过TEM获得的两组数据非常接近通过HV-SEM获得的一组数据。线内SEM测量可以用作比较的参考，并且这表明了本公开中提供的技术的准确性。
图9示出了根据本公开的实施例的用于倾斜表征的过程900的流程图。过程900开始于步骤S910，步骤S910基于结构的第一布置测量结构的第一倾斜移位。结构在垂直方向上形成在产品的水平平面上。
在一些实施例中，通过显微镜测量结构的第一倾斜移位。在一些实施例中，显微镜可以包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线显微镜、光学显微镜、荧光显微镜等中的至少一者。在一些实施例中，该产品包括与水平平面平行的衬底，并且该结构在垂直方向上形成在该衬底之上。在一些实施例中，结构可以包括一些示例中的字线触点、沟道、虚设沟道或栅极线缝隙中的至少一者。
在一些实施例中，测量结构的第一倾斜移位包括通过显微镜捕获产品的第一截面的第一图像。第一截面包括第一布置的结构。然后，执行对第一图像的图像分析，以测量结构的第一倾斜移位。在一个示例中，可以使用图像分析软件或图像分析算法来测量第一倾斜移位。在另一示例中，可以打印出第一图像，使得可以人工绘制并且测量结构的正交投影。
在非限制性示例中，通过TEM表征垂直NAND存储器电路的结构(例如，接触结构610)。可以通过超薄切片法、冷冻超薄切片法、聚焦离子束、离子蚀刻、三脚架抛光或电化学处理等来获得结构的第一截面。第一截面可以具有小于200nm的厚度，例如，30-150nm的厚度。第一截面的横向尺寸取决于制备方法。例如，通过超薄切片法制备的薄片TEM截面可以具有几毫米数量级的横向尺寸，例如，3mm×3mm。通过聚焦离子束制备的薄膜TEM截面可以具有低于50μm的横向尺寸，例如，15μ5×15μm。在一个示例中，垂直NAND存储器电路设置在xy平面中延伸的水平衬底上，并且第一截面可以是与图6A类似的在xz平面中的垂直截面。
在步骤S920处，基于结构的第二布置，例如通过显微镜测量结构的第二倾斜移位。第二布置是第一布置的水平翻转。
在一些实施例中，测量结构的第二倾斜移位包括翻转第一截面以获得翻转的第一截面，翻转的第一截面包括第二布置的结构。接下来，通过显微镜捕获翻转的第一截面的第二图像。接下来，执行对第二图像的图像分析，以测量结构的第二倾斜移位。
在一个实施例中，第一截面被固定至样品支架，并且旋转样品支架，以翻转第一截面。在另一实施例中，第一截面被加载在样品支架上，但是不将第一截面固定至样品支架。旋转样品支架，以卸下第一截面并且翻转第一截面。将翻转的第一截面重新加载在样品支架上。注意，在TEM表征的情况下，在翻转第一截面之前，可能需要将样品支架从TEM去除。因此，可能需要将样品支架再次插入到TEM中。
在一些实施例中，测量结构的第二倾斜移位包括通过显微镜捕获产品的第二截面的第二图像。第二截面包括第二布置的结构。执行对第二图像的图像分析，以测量结构的第二倾斜移位。注意，在TEM表征的情况下，第一截面和第二截面可以被加载在单个样品加载器上，使得可以在测量之间不将样品支架从TEM中去除并且将样品支架插入到TEM的情况下进行测量。
然后，过程900进行至步骤S930，在步骤S930中，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位确定第一经校正的倾斜移位。在一些实施例中，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位的矢量或标量运算来确定第一经校正的倾斜移位。在一些实施例中，矢量或标量运算包括获得第一倾斜移位和第二倾斜移位的组合，例如，图6A-图6F中所示的线性组合
在一些实施例中，基于第一倾斜移位和第二倾斜移位的组合来确定第一失真引发的移位，例如，图6A-图6F中示出的线性组合
在一些实施例中，通过显微镜基于结构的第三布置测量结构的第三倾斜移位。第三布置基本上垂直于第一布置。通过显微镜基于结构的第四布置测量结构的第四倾斜移位。第四布置是第三布置的水平翻转。可以基于第三倾斜移位和第四倾斜移位来确定第二经校正的倾斜移位。
与步骤S910类似，测量结构的第三倾斜移位可以包括通过显微镜捕获产品的第三截面的第三图像。第三截面包括第三布置的结构。在一个示例中，第一截面是xz平面中的垂直截面，并且第三截面是yz平面中的垂直截面。因此，第一经校正的倾斜移位和第二经校正的倾斜移位分别沿x方向和y方向。
在一些实施例中，基于第三倾斜移位和第四倾斜移位的矢量或标量运算(例如，获得第三倾斜移位和第四倾斜移位的线性组合)来确定第二经校正的倾斜移位。还可以基于第一经校正的倾斜移位和第二经校正的倾斜移位的矢量或标量运算(例如，图6A-图6F中示出的线性组合
)来确定结构在水平平面中的倾斜引发的移位。
在一些实施例中，显微镜是SEM，其与TEM类似。上文已经提供了描述，因此将在重点差异上给出解释。对于SEM，也可以获得第一截面，以测量结构的第一倾斜移位。第一截面具有一定厚度(例如，100nm)并且因此具有两个侧面。可能需要在第一截面的至少一个侧面上暴露结构(例如，接触结构610)，因为在SEM表征中电子不穿透第一截面。然而，对于TEM表征，结构可以隐藏在第一截面内或者可以暴露，因为电子可以透射穿透第一截面。
如本文使用的“器件”或“半导体器件”一般地指任何合适的器件，例如，存储器电路、具有形成在半导体芯片上的存储器电路的半导体芯片(或管芯)、具有形成在半导体晶圆上的多个半导体管芯的半导体晶圆、半导体芯片的堆叠层、包括组装在封装衬底上的一个或多个半导体芯片的半导体封装等。
如本文使用的“衬底”一般地指根据本发明进行处理的物体。衬底可以包括器件(特别是半导体器件或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基础衬底结构，例如半导体晶圆、掩膜版或者在基础衬底结构上或覆盖基础衬底结构的层(例如，薄膜)。因此，衬底不限于任何特定的基础结构、下覆层或上覆层(图案化或未经图案化)，而是预期包括任何这样的层或基础结构以及层和/或基础结构的任何组合。说明书可能涉及特定类型的衬底，但是这仅是出于说明的目的。
衬底可以是任何合适的衬底，例如硅(Si)衬底、锗(Ge)衬底、硅锗(SiGe)衬底和/或绝缘体上硅(SOI)衬底。衬底可以包括半导体材料，例如，IV族半导体、III-V族化合物半导体或II-VI族氧化物半导体。IV族半导体可以包括Si、Ge或SiGe。衬底可以是体晶圆或者外延层。
以上概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为基础来设计或修改用于实行相同目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优点的其他过程和结构。本领域技术人员还应当认识到，这种等同构造并不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以在本文中进行各种改变、替代和变更。
Claims (20)
1.一种倾斜表征的方法，所述方法包括：
基于结构的第一布置测量所述结构的第一倾斜移位，所述结构在垂直方向上形成在产品的水平平面上；
基于所述结构的第二布置测量所述结构的第二倾斜移位，所述第二布置是所述第一布置的水平翻转；以及
基于所述第一倾斜移位和所述第二倾斜移位确定第一经校正的倾斜移位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述结构的所述第一倾斜移位包括：
捕获所述产品的第一截面的第一图像，其中，所述第一截面包括所述第一布置的所述结构；以及
执行对所述第一图像的图像分析，以测量所述结构的所述第一倾斜移位。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，测量所述结构的所述第二倾斜移位包括：
翻转所述第一截面，以获得包括所述第二布置的所述结构的翻转的第一截面；
捕获所述翻转的第一截面的第二图像；以及
执行对所述第二图像的图像分析，以测量所述结构的所述第二倾斜移位。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，测量所述结构的所述第二倾斜移位包括：
捕获所述产品的第二截面的第二图像，其中，所述第二截面包括所述第二布置的所述结构；以及
执行对所述第二图像的图像分析，以测量所述结构的所述第二倾斜移位。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述第一倾斜移位和所述第二倾斜移位的标量运算来确定所述第一经校正的倾斜移位或第一失真引发的移位中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
基于所述第一倾斜移位和所述第二倾斜移位的矢量运算来确定所述第一经校正的倾斜移位或第一失真引发的移位中的至少一者。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括使用公式
确定所述第一经校正的倾斜移位，其中：
8.根据权利要求6所述的方法，还包括使用公式
确定所述第一失真引发的移位，其中：
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述结构的第三布置测量所述结构的第三倾斜移位，所述第三布置基本上垂直于所述第一布置；
基于所述结构的第四布置测量所述结构的第四倾斜移位，所述第四布置是所述第三布置的水平翻转；以及
基于所述第三倾斜移位和所述第四倾斜移位确定第二经校正的倾斜移位。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
基于所述第三倾斜移位和所述第四倾斜移位的矢量运算来确定所述第二经校正的倾斜移位或第二失真引发的移位中的至少一者。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
基于所述第一经校正的倾斜移位和所述第二经校正的倾斜移位的矢量运算来确定所述结构在所述水平平面中的倾斜引发的移位。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括使用公式
确定所述结构在所述水平平面中的所述倾斜引发的移位，其中：
13.根据权利要求10所述的方法，还包括使用第一公式
确定所述第二经校正的倾斜移位，并且使用第二公式
确定所述第二失真引发的移位，其中：
14.根据权利要求9所述的方法，还包括：
基于所述第三倾斜移位和所述第四倾斜移位的标量运算来确定所述第二经校正的倾斜移位或者第二失真引发的移位中的至少一者。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产品包括垂直NAND存储器器件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述结构包括所述垂直NAND存储器器件的字线触点、沟道、虚设沟道或者栅极线缝隙中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的方法，还包括通过显微镜测量所述结构的所述第一倾斜移位和所述结构的所述第二倾斜移位。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述显微镜包括透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线显微镜、光学显微镜或荧光显微镜中的至少一者。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述显微镜包括TEM，所述方法还包括：
通过超薄切片法、冷冻超薄切片法、聚焦离子束、离子蚀刻、三脚架抛光或电化学处理来获得所述第一截面。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述第一截面具有小于200nm的厚度。
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